基础隔震结构动力可靠度分析及参数优化

假定地震为平稳过滤高斯白噪声过程,基于隔震支座的等效动刚度和等效黏滞阻尼比建立了基础隔震结构的动力方程.针对动力方程中非经典阻尼的情况,采用状态空间理论和复模态叠加法对振动方程进行了解耦,推导了基础隔震体系上部结构和隔震层在随机地震动激励下的方差反应解析式.采用变形准则分别定义了上部结构和隔震层的极限状态,根据首次超越机制,并基于串联可靠度模型建立了隔震结构在给定地震动下的条件动力可靠度计算方法.通过一个基础隔震框架计算实例,说明了该方法的运用.在此基础上,分析了隔震支座等效动刚度和等效黏滞阻尼比对隔震结构随机反应和可靠度的影响,并以失效概率为优化目标,对隔震参数进行优化.该方法可以从整体上对隔震结构可靠性进行评估,为基于可靠度的隔震参数优化提供基础.     

偏心隔震结构随机响应分析

利用过滤白噪声地震动模型,应用虚拟激励法对单向偏心隔震结构进行了随机响应分析.通过等效线性化的方法,对基础隔震支座的非线性模型进行了等效线性化.计算了结构响应的自功率谱密度和方差,对隔震系统和非隔震系统的随机响应进行了比较,讨论了偏心结构的平-扭耦联影响.结论认为扭转耦联效应不可忽视,通过设置隔震层可以消减上部结构的响应.     

基础隔震结构连续化模型研究

根据建筑的变形特征,基于连续化分析方法将规则基础隔震结构的上部结构等效为悬臂Timoshenko梁进行分析.根据铁木辛柯梁理论建立基础隔震连续化模型运动方程,求解隔震悬臂梁的周期和振型,推导连续化模型的正交条件,利用振型叠加方法求解结构的地震响应.连续模型基本动力参数分别采用粒子群优化算法和差分进化法进行计算,优化目标取上部结构前两阶周期等效.分析表明,粒子群算法、差分进化法的前期收敛速度较快;到优化迭代中期,粒子群算法收敛速度比差分进化算法快;在优化迭代后期,粒子群算法和差分进化算法优化结果相近.最后,对工程算例的有限元模型和连续化模型进行动力特性及地震作用分析,结果表明,两种模型位移时程、加速度时程、峰值位移、峰值加速度的分布规律基本一致.基于Timoshenko梁理论建立的连续化模型适用于多层和高层基础隔震结构分析.采用连续化模型进行分析计算精度高、算法简洁、便于参数分析及地震响应预测.     

隔震桥梁结构的简化反应分析及设计参数研究

在规则隔震桥梁结构简化为2自由度系统的基础上,利用等效线性化方法进一步将以隔震模态为主的2自由度隔震桥梁结构简化为双线性的单自由度隔震系统,考虑了隔震支座的双线性特性,并计入了隔震支座下部结构质量及墩柱粘滞阻尼比等参数对结构响应的影响,提出了相应的计算力学模型,重点讨论了隔震支座的剪切位移延性、硬化刚度比、隔震桥梁结构的质量比、隔震模态周期、墩柱周期及其粘滞阻尼比等参数对隔震桥梁结构在近场地震作用下非线性动力响应的影响,并对隔震支座设计参数的选取给出了合理的选择标准.     

多质点隔震体系时程分析

为研究建造在7度地震区小型混凝土空心砌块八层大开间隔震房屋的抗震性能,便于工程上采用简化计算模型,目前,对基础隔震建筑结构进行动力分析时经常采用层间剪切模型,本文对隔震结构进行多质点体系的时程分析,结果表明采用基础隔震技术可明显降低上部结构的地震响应.     

隔震结构等代体系动力响应的小参数逼近解法

采用侧推法将一般多自由度隔震结构等效代换为双自由度振动体系 .建立了振动体系动力特性的小参数近似解 ,提出了比例及非比例阻尼模型的隔震等代体系动力响应解答形式 ,并用数值算例试算了隔震刚度比对动力特性小参数解答精度的影响     

小震下隔震结构的随机响应及失效概率分析

探讨了叠层橡胶隔震体系在"小震"条件下的随机响应及失效概率分析模型.基于非比例阻尼多自由度线性模型,采用隔震工程设计中所使用的参数,用林家浩法构造虚拟激励,导出了非比例阻尼隔震结构在"小震"条件下的"虚拟"响应幅值向量的解析表达式.采用最大层间弹性位移限值作为控制指标建立极限状态方程,计算隔震结构在"小震"条件下发生开裂的条件失效概率.选用了1个7层的隔震框架作为数值算例,通过4种不同的方法对求得的随机响应进行对比,并采用MonteCarlo直接动力模拟方法进行检验,证实方法精度良好.     

基于NSGA-Ⅱ的层间隔震体系参数优化与能量响应分析

基于层间隔震体系两质点简化模型,建立了以基底剪力最小为优化目标的参数优化方法,采用NSGA-Ⅱ优化得到层间隔震体系在不同质量比下的最优频率比和最优阻尼比;建立了体系的能量和功率方程,从能量和功率角度分别分析了不同质量比下的层间隔震结构最优参数模型能量的传递、耗散和转化关系以及机理表现。     

大高宽比隔震结构隔震层参数确定及地震反应简化计算

根据超高层隔震结构等大高宽比隔震结构体系地震反应分析的单质点、双质点和三质点剪切型简化计算模型,对大高宽比隔震结构隔震层特性参数进行了研究,得出了隔震层水平刚度、最大设计位移和隔震支座压应力与界限荷载、压应力的关系.采用振型分解反应谱法,通过对地震反应分析预测简化计算方法的研究,提出大高宽比隔震结构的层间剪切力、层间变形以及层间最大位移反应等预测计算方法,以及多质点体系隔震层和上部结构的加速度反应分布计算理论式等.     

大底盘多塔楼结构基础隔震非线性时程分析

针对当前采用比较多的一种结构大底盘多塔楼结构进行分析并提出简化模型,利用有限元方法聚合出其特征矩阵,建立了基础隔震的时程分析计算分析模型,利用MATLAB语言编制了动力计算程序.选择了一幢4塔楼10层,底盘为框架,塔楼为砌体的工程作为数值算例,分别计算这种结构在地震作用下采用隔震和非隔震结构时各个塔楼和各层的位移、加速度、基底剪力等地震响应,将两种情况下的响应进行比较.结果表明该结构采用基础隔震可以显著地降低地震的破坏作用.     

基于转动惯性效应的调谐质量阻尼器控制方法

转动惯性双重调谐质量阻尼器(Rotational Inertia Double-Tuned Mass Damper,RIDTMD)是一种由调谐黏滞质量阻尼器(Tuned Viscous Mass Damper,TVMD)和调谐质量阻尼器(Tuned Mass Damper,TMD)组合而成的新型减振控制装置.采用RIDTMD作为控制装置,建立了多自由度结构-RIDTMDs系统的减振控制模型,并对其减振的有效性进行了研究.首先,基于RIDTMD装置的工作原理分析,给出了RIDTMD装置单体的力学简化模型;然后,建立了任意数目的 RIDTMD装置对多自由度结构减振的控制模型;并以控制系统的H2范数为优化目标,将RIDTMD装置的参数进行优化;最后,以一个3层框架结构为例,对RIDTMD装置的减振效果及装置参数对结构响应的影响规律进行分析,并与传统TMD装置进行对比,验证了RIDTMD装置减振的有效性.     

粘弹性简支梁上的隔振器的参数

本文以均匀粘弹性简支梁作为梁形柔性基础的力学模型。首先导出其上单级隔振系统的运动微分方程组，通过拉氏变换导出隔振系统的传递函数和隔振传递率。然后按照若干简化原则导出计算等效离散隔振系统力学参数的公式。数值计算结果表明，应用这种等效系统计算弹性梁上隔振装置参数在很宽的参数范围内能满足工程设计所需的精度。     

基础隔震加AMD混合控制结构的抗震分析

考虑基底隔震、首层施控的混合控制结构的抗震性能，采用Ｙ．Ｋ．Ｗｅｎ建议的滞回模型描述隔震装置的弹塑性特性，利用等效线性化方法形式上把结构振动方程简化为线性扩展状态方程。对平稳和非平稳过滤高斯白噪声激励进行了随机分析，并针对一个六层框架结构进行了数值计算，详尽地分析了基底隔震装置和调频质量阻尼器的参数对混合控制结构反应的影响，在此基础上对这种混合控制结构的抗震性能作出了评价。     

三维隔振体系动力响应的简化计算

把三维隔振体系简化为三自由度平面刚体隔振模型．采用静力凝聚法，得出底部剪力法中参数——等效刚度及阻尼．提出了基础隔振体系高宽比限值的验算公式．     

基于钻柱扭转杆模型的扭矩负反馈减振系统优化设计方法

扭矩负反馈减振是控制和消除钻柱周向粘滑振动较为有效的方法之一。原有的扭矩负反馈减振系统优化设计是在将钻柱系统看作单自由度扭转摆的基础上进行的。针对大位移井中这种简化不合理的问题,通过将钻柱系统简化为连续质量扭转杆,建立了基于钻柱扭转杆模型的扭矩负反馈减振系统分析模型,推导出了其非零虚部极点方程。利用非零虚部极点方程的复数解与模态振动的频率及模态衰减指数间的对应关系,提出了以综合模态减幅系数最小化为目标的新的扭矩负反馈减振系统优化设计方法。数值模拟结果表明,对不适于简化为扭转摆的钻柱系统,采用基于钻柱扭转杆模型的新方法进行设计可以取得相对较好的减振效果。     

Data based model free hysteresis identification for a nonlinear structure

In the last two decades, the damage detection for civil engineering structures has been widely treated as a modal analysis problem and most of the currently available vibration-based system identification approaches are based on modal parameters, namely the natural frequencies, mode shapes and damping ratios, and/or their derivations, which are suitable for linear systems. Nonlinearity is generic in engineering structures. For example, the initiation and development of cracks in civil engineering structures as typical structural damages are nonlinear process. One of the major challenges in damage detection, early warning and damage prognosis is to obtain reasonably accurate identification of nonlinear performance such as hysteresis which is the direct indicator of damage initiation and development under dynamic excitations. In this study, a general data-based identification approach for hysteretic performance in form of nonlinear restoring force using structural dynamic responses and complete and incomplete excitation measurement time series was proposed and validated with a 4-story frame structure equipped with smart devices of magneto-rheological (MR) damper to simulate nonlinear performance. Firstly, as an optimization method, the least-squares technique was employed to identify the system matrices of an equivalent linear system of the nonlinear structure model basing on the excitation force and the corresponding vibration measurements with impact test when complete and incomplete excitations; and secondly, the nonlinear restoring force of the structure was identified and compared with the test measurements finally. Results show that the proposed data-based approach is capable of identifying the nonlinear behavior of engineering structures and can be employed to evaluate the damage initiation and development of different structure under dynamic loads.     

粘滞流体阻尼器对电视塔的风振响应控制

以合肥电视塔为工程背景,探讨了粘滞流体阻尼器对高耸电视塔在强风作用下风振响应的振动控制.按照随机振动理论,仿真得到了作用在电视塔上的19维互相关的人造脉动风压时程样本曲线,并利用时程样本进行了电视塔的风振响应分析;建立了一种双模型的动力分析方法.对安置了粘滞流体阻尼器的合肥电视塔进行了控制分析;以上塔楼的风振响应为优化目标,对阻尼器的参数进行了优化设计.研究表明,电视塔的风振响应峰值超过了规范的容许值,设置了粘滞流体阻尼器后电视塔的风振响应均有明显的减小,阻尼器消耗了大量的结构能量,采用最优阻尼参数使上塔楼加速度峰值响应下降了43.4%.     

时变系统的最优设计变量

考虑时变系统辨识中辨识设计变量的最优化问题。时变系统的参数由随机游动过程描述,讨论时变系统的FIR模型传递函数估计的均方误差(MSE),记作MSE,在新的准则函数极小的意义下,给出某一频率区间上时变系统辨识的设计变量。